常用金屬材料基礎知識

第1章：金屬材料名稱常用基礎術語

1．基礎術語：
 黑色金屬：鐵和鐵的合金均稱為黑色金屬。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。
  純   鐵：純度很高的鐵，化學純鐵含碳量幾乎為零，工業純鐵含碳量<0.05%。純鐵是很軟的，一般不應用到實際中。
  鐵碳合金：以鐵為基礎，以碳為主要添加元素的合金，統稱為鐵碳合金。如鋼和生鐵。
  生   鐵：把鐵礦石放到高爐中冶煉而成的，含碳量2％～4.3％（也有資料稱3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的鐵碳合金稱為生鐵。生鐵質硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過鍛造、軋制、拉拔等方法加工成形，主要用來煉鋼和制造鑄件，如白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。也有習慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵。
  白 口 鐵：碳以Fe3C形態分布的生鐵稱為白口鐵，其斷口呈銀白色，質硬而脆，不能進行機械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。
  灰 口 鐵：碳以片狀石墨形態分布的生鐵稱為灰口鐵，其斷口呈銀灰色，由于石墨質軟并有潤滑作用，因而這種生鐵具有良好的易切削、耐磨和鑄造性能等優點。但是，由于有片狀石墨的存在，降低了它的抗拉強度，使它不能鍛軋，只能用于制造各種鑄件，如鑄造機床床座、鐵管等。因此，通常把這種生鐵叫做鑄造生鐵。
  球墨鑄鐵：碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵，其機械性能、加工性能接近于鋼。
  鋼：含碳量在0.04%-2.3%之間（也有資料稱0.03%-1.2%）的鐵碳合金稱為鋼。為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。
  有色金屬：又稱非鐵金屬，指除黑色金屬外的金屬和合金，如銅、錫、鉛、鋅、鋁等。
　　                     

                         

第2章：鋼的分類基礎知識

1．按品質進行分類
  ①普 通 鋼：P≤0.045%   S≤0.050%（如普通碳素結構鋼Q195、Q235等）
  ②優 質 鋼：P≤0.035%   S≤0.035%（如碳素結構鋼20號、45號鋼等）
  ③鋼：P≤0.035%   S≤0.030%（比鋼更，一般在鋼號后加A以示區別，如08A等）
2．按化學成份進行分類
1）碳素鋼：
  ①低碳鋼：C≤0.25%
  ②中碳鋼：C≤0.25~0.60%
  ③高碳鋼：C≥0.60%
2）合金鋼：
  ①低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；
  ②中合金鋼（合金元素總含量＞5~10%）；
  ③高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。
3．按成形方法分類：
①鍛鋼
②鑄鋼
③熱軋鋼
④冷拉鋼。
4．按金相組織分類
1）退火狀態的：
①亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；
②共析鋼（珠光體）；
③過共析鋼（珠光體+滲碳體）；
④萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）。
2）正火狀態的：
①珠光體鋼
②貝氏體鋼
③馬氏體鋼
④奧氏體鋼。
3）無相變或部分發生相變的
5．按用途分類
1）建筑及工程用鋼：
①普通碳素結構鋼；
②低合金結構鋼；
③鋼筋鋼。
2）結構鋼
①機械制造用鋼：
Ⅰ調質結構鋼；
Ⅱ表面硬化結構鋼：包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼；
Ⅲ易切結構鋼；(d)冷塑性成形用鋼：包括冷沖壓用鋼、冷鐓用鋼。
②彈簧鋼
③軸承鋼
3）工具鋼：
①碳素工具鋼；
②合金工具鋼；
③高速工具鋼。
4）特殊性能鋼：
①不銹耐酸鋼；
②耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強鋼、氣閥鋼；
③電熱合金鋼；
④耐磨鋼；
⑤低溫用鋼；
⑥電工用鋼。
5）專業用鋼
  如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農機用鋼等。
6．綜合分類
1）普通鋼
①碳素結構鋼：
②低合金結構鋼
③特定用途的普通結構鋼
2）鋼（包括鋼）
①結構鋼：
Ⅰ碳素結構鋼
Ⅱ合金結構鋼
Ⅲ彈簧鋼
Ⅳ易切鋼
Ⅴ軸承鋼
Ⅵ特定用途結構鋼。
②工具鋼：
Ⅰ碳素工具鋼
Ⅱ合金工具鋼
Ⅲ高速工具鋼。
③特殊性能鋼：
Ⅰ不銹耐酸鋼
Ⅱ耐熱鋼
Ⅲ電熱合金鋼
Ⅳ電工用鋼
Ⅴ高錳耐磨鋼。
8．按冶煉方法分類
1）按爐種分
①平爐鋼：
Ⅰ酸性平爐鋼
Ⅱ堿性平爐鋼。
②轉爐鋼：
Ⅰ酸性轉爐鋼
Ⅱ堿性轉爐鋼
或Ⅰ底吹轉爐鋼
Ⅱ側吹轉爐鋼
Ⅲ頂吹轉爐鋼。
③電爐鋼：
Ⅰ電弧爐鋼
Ⅱ電渣爐鋼
Ⅲ感應爐鋼
Ⅳ真空自耗爐鋼
Ⅴ電子束爐鋼。
2）按脫氧程度和澆注制度分
①沸騰鋼
②半鎮靜鋼
③鎮靜鋼
④特殊鎮靜鋼。
 　　 

第3章：金屬材料機械性能基礎知識

1．1 金屬材料機械性能基礎術語：
1）屈服點（σs）：
鋼材或試樣在拉伸時，當應力超過彈性極限，此時應力不增加或開始有所下降，而鋼材或試樣仍繼續發生明顯的塑性變形，稱此現象為屈服，而產生屈服現象時的zui小應力值即為屈服點。
  設Ps為屈服點s處的外力，Fo為試樣斷面積，則屈服點σs =Ps/Fo(MPa)，MPa稱為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）
2）屈服強度（σ0.2）
  有的金屬材料的屈服點極不明顯，在測量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規定產生*殘余塑性變形等于一定值（一般為原長度的0.2%）時的應力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2 。
3）抗拉強度（σb）
  材料在拉伸過程中，從開始到發生斷裂時所達到的zui大應力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應的還有抗壓強度、抗彎強度等。
  設Pb為材料被拉斷前達到的zui大拉力，Fo為試樣截面面積，則抗拉強度σb= Pb/Fo （MPa）。
4）抗壓強度（σlc）
  材料試樣受壓力時，在壓壞前所承受的zui大應力。
5）抗彎強度（σcb）
  材料試樣受彎曲力時，在破壞前所承受的zui大應力。
4）伸長率（δs）
  材料在拉斷后，其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率。
5）屈強比（σs/σb）
  鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越大，結構零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結構鋼為0.65-0.75，合金結構鋼為0.84-0.86。
6）硬度
  硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
  ①布氏硬度（HB）
　   以一定的載荷（一般3000kg）把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2 （N/mm2）。
  ②洛氏硬度（HR）
    當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：
    HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度*的材料（如硬質合金等）。
    HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。
    HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。
  ③維氏硬度（HV）
    以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV）
1．2 力學性能與可成形性及使用性能的關系
  要使鋼板獲得所需的形狀，必須使其*變形，所采取的工藝可以是局部或整體彎曲、深沖、張拉或這些成型方法的組合。
（1）薄鋼板的屈服強度表示出成形后的可成形性和強度，對普通碳素鋼板的成形，屈服點值過高，常常有可能發生過大的回彈、成形時容易破斷，磨具磨損快以及由于塑性不良而出現缺陷。然而材料的屈服點小于140Mpa時，又可能經受不住成形過程中施加的應力，對用于較復雜或復雜成形加工或沖壓加工的鋼板，通常要求具有比較低的屈服強度值，而且屈服比值愈小，由鋼板的成形性能愈好。
（2）中厚板的冷態可成形性與材料的屈服強度和伸長率有直接關系。屈服強度值愈低，產生*變形所需的應力愈小；伸長率值愈高，高的延展性可以允許承受大的變形量而不致斷裂。
（3）對用于建筑結構、橋梁及機械結構件的鋼板，為防止構件斷裂，要求鋼板材料具有特點的抗拉強度，而為防止構件變形，又要求鋼板材料具有一定的屈服強度，因此對這類用途的鋼材都要求規定抗拉強度、屈服強度的zui小值或范圍值。
（4）對用于承受沖擊負荷變形，例如船舶、橋梁、石油、天然氣管線用鋼板，為防止其使用中發生脆性斷裂，又要求其具有一定足夠高的沖擊韌性-沖擊功值。
 
           
第4章：常用金屬材料中各種化學成分對性能的影響

1．生鐵：
  生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。
  碳（C）：在生鐵中以兩種形態存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。
  硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。
  錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時，含錳量適當，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質硫形成硫化錳，進入爐渣。
  磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優良的生鐵含磷量應少，有時為了要增加流動性，含磷量可達1.2%。
  硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產生熱脆性和減低鐵液的流動性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規定zui多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。
2．鋼：
2．1元素在鋼中的作用
2．1．1 常存雜質元素對鋼材性能的影響
    鋼除含碳以外，還含有少量錳(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氫（H）等元素。這些元素并非為改善鋼材質量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質元素。這些雜質對鋼性能是有一定影響，為了保證鋼材的質量，在國家標準中對各類鋼的化學成分都作了嚴格的規定。
1）硫
  硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態存在于鋼中，FeS和 Fe形成低熔點(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當鋼材熱加工時，由于 FeS化合物的過早熔化而導致工件開裂，這種現象稱為“熱脆”。含硫量愈高，熱脆現象愈嚴重，故必須對鋼中含硫量進行控制。鋼：S＜0.02%～0.03%；鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。
2）磷
　 磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆，這種現象稱"冷脆"。 冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴。鋼： P＜0.025%；鋼： P＜0.04%；普通鋼： P＜0.085%。
3）錳
　 錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(1600℃)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的FeO成為MnO進入爐渣，從而改善鋼的品質，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認為，鋼中含錳量在0.5%～0.8%以下時，把錳看成是常存雜質。技術條件中規定，碳素結構鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；而較高含錳量的結構鋼中，其量可達0.7%～1.2%。
4）硅
　 硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的FeO能結成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內使鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。鎮靜鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。
5）氧
　 氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。
6）氮
　 鐵素體溶解氮的能力很低。當鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間后或隨后在200～300℃加熱就會發生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強度提高，塑性下降，發生時效。鋼液中加入Al、Ti或V進行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。
7）氫
　 鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷。白點常在軋制的厚板、大鍛件中發現，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點；在橫斷面上則是細長的發絲狀裂紋。鍛件中有了白點，使用時會發生突然斷裂，造成不測事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點存在。 氫產生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態的氫變成分子狀態的氫。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區產生很大壓力，這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋，即白點。
2．1．2為了合金化而加入的合金元素，zui常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩，鈦，鈮、硼、鋁等。現分別說明它們在鋼中的作用。
1）硅
  ①提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；
  ②硅能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比；
  ③耐腐蝕性。硅的質量分數為15％一20％的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。
缺點：使鋼的焊接性能惡化。
2）錳
  ①錳能提高鋼的淬透性。
  ②錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用。
  ③錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。
缺點：
  ①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現象；
  ②錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：
  ③當錳的質量分數超過1％時，會使鋼的焊接性能變壞，
  ④錳會使鋼的耐銹蝕性能降低。
3）鉻在鋼中的作用
  ①鉻可提高鋼的強度和硬度。
  ②鉻可提高鋼的高溫機械性能。
  ③使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性
  ④阻止石墨化
  ⑤提高淬透性。
缺點：
  ①鉻是顯著提高鋼的脆性轉變溫度
  ②鉻能促進鋼的回火脆性。
4）鎳在鋼中的作用
  ①可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性；
  ②鎳可降低鋼的脆性轉變溫度，即可提高鋼的低溫韌性；
  ③改善鋼的加工性和可焊性；
  ④鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。
5）鉬在鋼中的作用
  ①鉬對鐵素體有固溶強化作用。
  ②提高鋼熱強性
  ③抗氫侵蝕的作用。
  ④提高鋼的淬透性。
缺點：
  鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發生石墨化的傾向。
6）鎢在鋼中的作用
  ①提高強度
  ②提高鋼的高溫強度。
  ③提高鋼的抗氫性能。
  ④是使鋼具有熱硬性。因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。
7）釩在鋼中的作用
  ①熱強性。
  ②釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。
8）鈦在鋼中的作用
  ①鈦能改善鋼的熱強性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度；
  ②并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩定性。使鋼在高壓下對氫的穩定性高達600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。
9）鈮在鋼中的作用
  ①鈮和碳、氮、氧都有*的結合力，并與之形成相應的極為穩定的化合物，因而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。
  ②有*的抗氫性能。
  ③鈮能提高鋼的熱強性
10）硼在鋼中的作用   ；
  ①提高鋼的淬透性。
  ②提高鋼的高溫強度。強化晶界的作用。
11）鋁在鋼中的作用
  ①用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細化晶粒，抑制低碳鋼的時效，改善鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度；
  ②提高鋼的抗氧化性能。曾對鐵鋁合金的抗氧化性進行了較多的研究；4％AI即可改變氧化皮的結構，加入6％A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性。當鋁和鉻配合并用時，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含鐵50％一55％、鉻30％一35％、鋁10％一15％的合金，在1 400C高溫時，仍具有相當好的抗氧化性。由于鋁的這一作用，近年來，常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中。
  ③此外，鋁還能提高對硫化氫和V2O5，的抗腐蝕性。
缺點：
  ①脫氧時如用鋁量過多，將促進鋼的石墨化傾向。
  ②當含鋁較高時．其高溫強度和韌性較低。
2．2合金元素對鋼的主要工藝性能的影響：
  鋼的主要工藝性能有：冷態成型性、切削性、焊接性能、熱處理工藝性、鑄造性能等
2．2．1 合金元素對鋼的冷態成型性的影響
    冷態成型性：冷態成型包括許多不同的冷成型工藝，如深沖、拉延成型和彎曲等。其冷態成型工藝性能優劣涉及被變形材料的成分、組織和冷變形工藝參量（模具形狀、變形量、變形速度、潤滑條件等）。
  與冷態成型性有關的材料性能參量有：
①低的屈服強度
②高的延伸率
③高的均勻伸長率
④高的加工硬化率（n值），
⑤高的深沖性參量（r值）
⑥適當而均勻的晶粒度；
⑦控制夾雜物的形狀和分布；
⑧游離滲碳體的數量和分布。
1）冷軋薄鋼板：
  碳：碳含量增加會使拉延能力變壞，因此絕大部分鋼板都采用低碳鋼。
  錳：錳的影響和碳相似，但適當的含量可以減輕硫的不良作用。
  磷、硅：磷和硅溶于鐵素體引起強化并略影響塑性，降低拉延性能。
2）熱軋鋼板
  選用沖壓用熱軋鋼板時，既要考慮強度要求，也要考慮沖壓性能。
  碳：碳是對熱軋鋼板沖壓性能影響zui大的元素。對于沖壓用的熱軋鋼板，一般不宜以增加碳的辦法來提高強度，應采用添加合金元素來提高鋼的強度。
  硫：硫在鋼中形成硫化物夾雜，在軋制中拉長，分割金屬基體降低塑性，影響沖壓性能。
2．2．2 合金元素對鋼的切削加工性的影響
    非金屬夾雜物是決定鋼的切削性的主要因素。非金屬夾雜物的類型、大小、形狀、分布和體積百分數不同，對切削性的影響也不同。 為了達到改善鋼的切削性的目的，這些非金屬夾雜物必須滿足下列四個條件：
①在切削運動平面上，夾雜物必須作為應力集中源，從而引起裂紋和脆化切屑的作用。
②夾雜物必須具有一定的塑性，而不致切斷金屬的塑性流變，從而損害刃具的表面。
③夾雜物必須在刃具的前面與切屑之間形成熱量傳播的障礙。
④夾雜物必須具有光滑的表面，而不能在刃具的側面作為磨料。
鋼的切削性的提高主要還是通過加入易削添加劑，例如S、P、Pb、Bi、Ca、Se(硒)、Te(碲)等。
● 硫是了解zui清楚和廣泛應用的易削添加劑。
  當鋼中含足夠量的Mn時，S的加入將形成MnS夾雜物。加S的碳鋼可以提高切削速度25％或更高，它取決于鋼的成分和S的加入量。 約1％體積份額的MnS, 可以使高速鋼刃具的磨損速率迅速下降。MnS夾雜物在切削剪切區作為應力集中源，可以起裂紋源的作用，并隨后引起切屑斷裂。因此，隨著MnS體積份額的增加，切屑破斷能力得到改善。 MnS夾雜物還可能在切屑刃具表面沉積為MnS薄層，這種薄層可以降低刃具與切屑的摩擦，導致切削溫度和切屑力的降低，并減少刃具的磨損或成為熱量傳播的障礙，從而延長刃具的使用壽命。
● Pb是僅次于S的常用易削添加劑。
  Pb對切削加工性的有益效應，不取決于MnS的存在，因而可以加到低S鋼和加S鋼中。在不添加S的鋼中，Pb以分散的質點形式分布于鋼中。在加S鋼中，Pb首先與MnS結合。與S相似，Pb可以作為內部潤滑劑降低摩擦力，并轉過來降低剪切抗力，并減小切屑與刃具的接觸面積，從而降低刃具的磨損。
● 近年來許多注意力已經轉到通過Ca脫氧生產易削結構鋼上。
  通過用Ca-Si和Si-Fe合金控制脫氧，可以形成特定的CaO-MnO-SiO2-Al2O3四元非金屬夾雜物，它在機加工時，將在刃具磨損表面沉積為一個薄層（約20μm）。這種薄層是磨損的障礙，因而可延長碳化物刃具的使用壽命。
2．2．3合金元素對鋼的焊接性的影響
    鋼的焊接性是一個很復雜的工藝性能，因為它既與焊接裂紋的敏感性有關，又與服役條件和試驗溫度下所要求的韌性有密切。
● 一般認為，高強度低合金鋼的焊接性是良好的，并且隨含碳量的降低，焊接性得到改善。
● 為此，焊接協會根據統計數據，采用碳當量為比較的基礎，由加入的各元素來計算和評定鋼材的焊接性能。
  其近似公式如下：
  碳當量 = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
  式中：元素符號代表該元素重量百分比。
  碳當量越低，焊接性能越好。
  碳當量≤0.35%，焊接性能良好；碳當量≥0.4-0.5%，焊接就較困難。

 

    
第5章：常用金屬材料牌號表示方法

1．生鐵：
1．1 煉鋼生鐵（即白口鐵）：
  煉鋼生鐵按含硅（Si ）量劃分鐵號, 按含錳（Mn ）量分組，按含磷（P ）量分級，按含硫（S ）量分類。
  具體牌號和標準見下表（根據GB717-82）
鐵種    煉鋼用生鐵
鐵號    牌號    煉04    煉08    煉10
   代號    L04    L08    L10
化學成分%    Si    ≤0.45    >0.45-0.85    >0.85-1.25
   Mn    一組    ≤0.30
       二組    >0.30-0.50
       三組    >0.50
   P    一級    ≤0.15
       二級    >0.15-0.25
       三級    >0.25-0.40
   S    特類    ≤0.02
       一類    >0.02-0.03
       二類    >0.03-0.05
       三類    >0.05-0.07
1．2 鑄造用生鐵（即灰口鐵）
　   鑄造生鐵硅含量為1.25-3.6%。碳多以石墨狀態存在。斷口呈灰色，質軟易切削加工。主要用來生產各種鑄鐵件原料如床身、箱體等。 鑄造用生鐵按含硅（Si）量劃分鐵號，按含錳（Mn）、磷（P）、硫（S）分組、級、類。
  具體牌號和標準見下表（根據YB/ T14 -91）：
鐵種    煉鋼用生鐵
鐵號    牌號    鑄34    鑄30    鑄26    鑄22    鑄18    鑄14
   代號    Z34    Z30    Z26    Z22    Z18    Z14
化學成分%    C    >3.3
   Si    >3.20-3.60    >2.80-3.20    >2.40-2.80    >2.00-2.40    >1.60-2.00    >1.25-1.60
   Mn    一組    ≤0.50
       二組    >0.50-0.90
       三組    >0.90-1.30
   P    一級    ≤0.06
   S    一類    ≤0.03
       二類    ≤0.04
1．3 球墨鑄鐵用生鐵：
球墨鑄造用生鐵也是一種鑄造生鐵，只是低硫低磷。低硫使碳充分在鐵中石墨化。低磷提高生鐵的機械性能；主要用于生產性能（機械性能）較好的球墨鑄鐵件。 球墨用生鐵也是按含硅（Si）量劃分鐵號，按含錳（Mn）、磷（P）、硫（S）分組、級、類。

 

  具體牌號和標準見下表（根據GB1412-85）
鐵種    球墨鑄鐵用生鐵
牌號    Q10    Q12    Q16
化學成分%    Si    ≤0.45    >0.45-0.85    >0.85-1.25
   Mn    一組    ≤0.20
       二組    >0.20~0.50
       三組    >0.50~0.80
   P    一級    ≤0.05
       二級    >0.05~0.06
       三級    >0.06~0.08
   S    特類    >0.08~0.10
       一類    ≤0.02
       二類    >0.02~0.03
       三類    >0.03~0.04
2．鋼
2．1 我國鋼材牌號表示方法概述：
  鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產品所取的名稱。我國的鋼號表示方法，根據國家標準《鋼鐵產品牌號表示方法》（GB221-79）中規定，采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數字相結合的方法表示。即：
1）鋼號中化學元素采用化學符號表示，例如Si、Mn、Cr等?；旌舷⊥猎赜肦E或Xt表示；
2）產品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表示，見表：
GB標準鋼號中所采用的縮寫字母及其涵義
名稱    漢字    符號    字體    位置
屈服點    屈    Q    大寫    頭
沸騰鋼    沸    F    大寫    尾
半鎮靜鋼    半    b    小寫    尾
鎮靜鋼    鎮    Z    大寫    尾
特殊鎮靜鋼    特鎮    TZ    大寫    尾
氧氣轉爐（鋼）    氧    Y    大寫    中
堿性空氣轉爐（鋼）    堿    J    大寫    中
易切削鋼    易    Y    大寫    頭
碳素工具鋼    碳    T    大寫    頭
滾動軸承鋼    滾    G    大寫    頭
焊條用鋼    焊    H    大寫    頭
（鋼）    高    A    大寫    尾
特級    特    E    大寫    尾
鉚螺鋼    鉚螺    ML    大寫    頭
錨鏈鋼    錨    M    大寫    頭
礦用鋼    礦    K    大寫    尾
汽車大梁用鋼    梁    L    大寫    尾
壓力容器用鋼    容    R    大寫    尾
多層或高壓容器用鋼    高層    gc    小寫    尾
鑄鋼    鑄鋼    ZG    大寫    頭
軋輥用鑄鋼    鑄輥    ZU    大寫    頭
地質鉆探鋼管用鋼    地質    DZ    大寫    頭
續表：
電工用熱軋硅鋼    電熱    DR    大寫    頭
電工用冷軋無取向硅鋼    電無    DW    大寫    頭
電工用冷軋取向硅鋼    電取    DQ    大寫    頭
電工用純鐵    電鐵    DT    大寫    頭
超級    超    C    大寫    尾
船用鋼    船    C    大寫    尾
橋梁鋼    橋    q    小寫    尾
鍋爐鋼    鍋    g    小寫    尾
鋼軌鋼    軌    U    小寫    頭
精密合金    精    J    大寫    中
耐蝕合金    耐蝕    NS    大寫    頭
變形高溫合金    高合    GH    大寫    頭
鑄造高溫合金        K    大寫    頭
3）鋼中主要化學元素含量（%）采用阿拉伯數字表示。
2．2 我國鋼材牌號表示方法分類具體說明：
  在此是以鋼材的用途分類作為表示方法分類的基礎：
1）碳素結構鋼：
表示方法：Q+數字+（質量等級符號）+（脫氧方法符號）+（專門用途的符號）
  ①鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點；
  ②“Q”后面的數字表示屈服點數值，單位是MPa。例如Q235表示屈服點（σs）為235 MPa的碳素結構鋼；
  ③必要時鋼號后面可標出表示質量等級和脫氧方法的符號。
  質量等級符號分別為A、B、C、D。
  脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮靜鋼：Z表示鎮靜鋼；TZ表示特殊鎮靜鋼，鎮靜鋼可不標符號，即Z和TZ都可不標。例如Q235-AF表示*沸騰鋼。
  專門用途的碳素鋼：例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結構鋼的表示方法，但在鋼號zui后附加表示用途的字母。
2）碳素結構鋼
表示方法：數字+（元素符號）+（脫氧方法符號）+（專門用途的符號）
  ①鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.45%的鋼，鋼號為“45”，它不是順序號，所以不能讀成45號鋼。
  ②錳含量較高的碳素結構鋼，應將錳元素標出，例如50Mn。
  ③沸騰鋼、半鎮靜鋼及專門用途的碳素結構鋼應在鋼號zui后特別標出，例如平均碳含量為0.1%的半鎮靜鋼，其鋼號為10b。

 

 3）碳素工具鋼
表示方法：字母T+數字+（元素符號）+（質量等級符號）

 

  ①鋼號冠以“T”，以免與其他鋼類相混。
  ②鋼號中的數字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。例如“T8”表示平均碳含量為0.8%。
  ③錳含量較高者，在鋼號zui后標出“Mn”，例如“T8Mn”。
  ④碳素工具鋼的磷、硫含量，比一般碳素工具鋼低，在鋼號zui后加注字母“A”，以示區別，例如“T8MnA”。
4）易切削鋼
  表示方法：字母Y+數字+（元素符號）
  ①鋼號冠以“Y”，以區別于碳素結構鋼。
  ②字母“Y”后的數字表示碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.3%的易切削鋼，其鋼號為“Y30”。
  ③錳含量較高者，亦在鋼號后標出“Mn”，例如“Y40Mn”。
5）合金結構鋼
表示方法：（專門用途符號）+數字+主要合金元素符號和數字+微量合金元素符號+（質量等級符號）+（專門用途符號）
  ①鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，如40Cr。
  ②鋼中主要合金元素，除個別微合金元素外，一般以百分之幾表示。當平均合金含量＜1.5%時，鋼號中一般只標出元素符號，而不標明含量，但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號后亦可標以數字“1”，例如鋼號“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者鉻含量為0.4-0.6%，后者為0.9-1.2%，其余成分全部相同。當合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時，在元素符號后面應標明含量，可相應表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。
  ③鋼中的釩V、鈦Ti、鋁AL、硼B、稀土RE等合金元素，均屬微合金元素，雖然含量很低，仍應在鋼號中標出。例如20MnVB鋼中：釩為0.07-0.12%，硼為0.001-0.005%。
  ④鋼應在鋼號zui后加“A”，以區別于一般鋼。
  ⑤專門用途的合金結構鋼，鋼號冠以（或后綴）代表該鋼種用途的符號。例如鉚螺的30CrMnSi鋼，鋼號表示為ML30CrMnSi
6）低合金高強度鋼
表示方法：（專門用途符號）+數字+主要合金元素符號和數字+微量合金元素符號+（質量等級符號）+（專門用途符號）
  ①鋼號的表示方法，基本上和合金結構鋼相同。
  ②對專業用低合金高強度鋼，應在鋼號zui后標明。例如16Mn鋼，用于橋梁的鋼種為“16Mnq”，汽車大梁的鋼種為“16MnL”，壓力容器的鋼種為“16MnR”。
7）彈簧鋼
  彈簧鋼按化學成分可分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼兩類，其鋼號表示方法，前者基本上與碳素結構鋼相同，后者基本上與合金結構鋼相同。
8）滾動軸承鋼
表示方法：
高碳鉻軸承鋼：字母G+Cr元素符號和數字
滲碳軸承鋼：字母G+數字+主要合金元素符號和數字+微量合金元素符號+（質量等級符號）
  ①鋼號冠以字母“G”，表示滾動軸承鋼類。
  ②高碳鉻軸承鋼鋼號的碳含量不標出，鉻含量以千分之幾表示例如GCr15。滲碳軸承鋼的鋼號表示方法，基本上和合金結構鋼相同。
9）合金工具鋼和高速工具鋼
  ①合金工具鋼鋼號的平均碳含量≥1.0%時，不標出碳含量；當平均碳含量＜1.0%時，以千分之幾表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。
  ②鋼中合金元素含量的表示方法，基本上與合金結構鋼相同。但對鉻含量較低的合金工具鋼鋼號，其鉻含量以千分之幾表示，并在表示含量的數字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之幾表示的方法區別開來。例如Cr06。
  ③高速工具鋼的鋼號一般不標出碳含量，只標出各種合金元素平均含量的百分之幾。例如鎢系高速鋼的鋼號表示為“W18Cr4V”。鋼號冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用鋼號。
10）不銹鋼和耐熱鋼
  ①鋼號中碳含量以千分之幾表示。例如“2Cr13”鋼的平均碳含量為0.2%，若鋼中含碳量≤0.03%或≤0.08%者,鋼號前分別冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18 Ni9等。
  ②對鋼中主要合金元素以百分之幾表示，而鈦、鈮、鋯、氮……等則按上述合金結構鋼對微合金元素的表示方法標出。
11）焊條鋼
  它的鋼號前冠以字母“H”，以區別于其他鋼類。例如不銹鋼焊絲為“H2Cr13”，可以區別于不銹鋼“2Cr13”。
12）電工用硅鋼
①鋼號由字母和數字組成。鋼號頭部字母DR表示電工用熱軋硅鋼，DW表示電工用冷軋無取向硅鋼，DQ表示電工用冷軋取向硅鋼。
②字母之后的數字表示鐵損值（W/kg）的100倍。
③鋼號尾部加字母“G”者，表示在高頻率下檢驗的；未加“G”者，表示在頻率為50周波下檢驗的。
  例如鋼號DW470表示電工用冷軋無取向硅鋼產品在50赫頻率時的zui大單位重量鐵損值為4.7W/kg。
13）電工用純鐵
①它的牌號由字母“DT”和數字組成，“DT”表示電工用純鐵，數字表示不同牌號的順序號，例如DT3。
②在數字后面所加的字母表示電磁性能：A——、E——特級、C——超級，例如DT8A。
普通及機械結構用鋼板中常見的日本牌號  

 

2．2華陽公司常用或常見日本鋼牌號表示方法和含義：
2．2．1日本鋼材（JIS系列）的牌號中普通結構鋼主要由三部分組成：
*部分（表示材質：S〈Steel〉鋼、F〈Ferrum〉鐵）+第二部分（表示形狀、種類、用途：P〈Plate〉表示板，T〈Tube〉表示管，K〈Kogu〉表示工具、S〈Structure〉表示結構）+第三部分（表示特征數字，一般為zui低抗拉強度）
如：
1）SS400——*個S表示鋼(Steel)，第二個S表示結構（Structure），400為下限抗拉強度400MPa，整體表示抗拉強度為400 MPa的普通結構鋼。
2）SPHC——*個S表示鋼(Steel)，第二個P表示板（Plate），第三個H表示熱（Heat），第四個C表示商業（Commercial），整體表示一般用熱軋鋼板及鋼帶。
3）SPHD——*個S表示鋼(Steel)，第二個P表示板（Plate），第三個H表示熱（Heat），第四個D表示表示沖壓（Drawing），整體表示沖壓用熱軋鋼板及鋼帶。
4）SPHE——*個S表示鋼(Steel)，第二個P表示板（Plate），第三個H表示熱（Heat），第四個E表示深沖壓，整體表示深沖用熱軋鋼板及鋼帶。
5）SPCC——*個S表示鋼(Steel)，第二個P表示板（Plate），第三個C表示冷（Cold），第四個C表示商業（Commercial），整體表示一般用冷軋碳素鋼薄板及鋼帶，相當于中國Q195-21牌號。其中需保證抗拉試驗時，在牌號末尾加T為SPCCT。
6）SPCD——*個S表示鋼(Steel)，第二個P表示板（Plate），第三個C表示冷（Cold），第四個D表示表示沖壓（Drawing），整體表示沖壓用冷軋碳素鋼薄板及鋼帶，相當于中國08AL（13237）碳素結構鋼。
7）SPCE——*個S表示鋼(Steel)，第二個P表示板（Plate），第三個C表示冷（Cold），第四個E表示深沖壓，整體表示深沖用冷軋碳素鋼薄板及鋼帶，相當于中國08AL（5213）深沖鋼。需保證非時效性時，在牌號末尾加N為SPCEN。
  其它表示符號：
  1）冷軋碳素鋼薄板及鋼帶調質代號：退火狀態為A，標準調質為S，1/8硬為8，1/4硬為4，1/2硬為2，硬為1。
  2）表面加工代號：無光澤精軋為D，光亮精軋為B。如SPCC-SD表示標準調質、無光澤精軋的一般用冷軋碳素薄板。再如SPCCT-SB表示標準調質、光亮加工，要求保證機械性能的冷軋碳素薄板。
2．2．2JIS機械結構用鋼牌號表示方法為：
    *部分（S〈Steel〉鋼）+第二部分（含碳量：用中間值×100表示）+第三部分（字母代號：字母C表示碳   K表示滲碳用鋼）
    如碳結卷板S20C其含碳量為0.18-0.23%。
2．3部分寶鋼生產的特注寶鋼牌號表示方法：
寶鋼1550冷軋產品牌號命名方法
（一）沖壓用冷連軋鋼帶牌號命名方法
1）一般沖壓用鋼：BLC
B——寶鋼（BAOSTEEL）縮寫；L——低碳（Low Carbon）；C——一般用（Commercial）
2）抗時效性低屈服鋼：BLD
B——寶鋼（BAOSTEEL）縮寫；L——低碳（Low Carbon）；D——沖壓用（Drawing）
3）非時效性極深沖用鋼：BUFD（BUSD）
B——寶鋼（BAOSTEEL）縮寫；U——超級（Ultra）；F——成型（Formability）；
D——沖壓（Drawing）
4）非時效性超深沖用鋼：BSUFD
B——寶鋼（BAOSTEEL）縮寫；SU——超（Ultra+Super）；F——成型（Formability）；
D——沖壓（Drawing）
（二）冷成型用高強度冷連軋鋼帶牌號命名方法：B ×××　×　×
B——寶鋼（BAOSTEEL）縮寫；
×××——zui小屈服點值；
×——一般用V、X、Y、Z表示
V：高強度低合金，屈服點與抗拉強度差值無規定
X：V中屈服點zui小值與抗拉強度zui小值差別70MPa
Y：V中屈服點zui小值與抗拉強度zui小值差別100MPa
Z：V中屈服點zui小值與抗拉強度zui小值差別140MPa
×——氧化物/硫化物夾雜控制（K：鎮靜、細晶粒；F：K+硫化物控制；O：K、F外）
例：B240ZK、B340VK
（三）抗凹陷性冷連軋鋼帶牌號命名方法：B ×××　×　×
B——寶鋼（BAOSTEEL）縮寫
×××——zui小屈服點值
×——強化方式（P：強化；H：烘烤硬化）
×——由1或2表示（1：超低碳；2：低碳）
例：B210P1：深沖壓用高強度鋼；B250P2：一般加工用含磷高強度鋼；B180H1：深沖用烘烤硬化鋼。